Christian Prinz
Das Potenzial der photovoltaischen Nutzung von Dachflächen als Beitrag
zukunftsweisender Stadtplanung aufgezeigt am Beispiel der Stadt Münster
ISBN: 978-3-8366-4189-0
Herstellung: Diplomica® Verlag GmbH, Hamburg, 2010
Zugl. Westfälische Wilhelms-Universität Münster, Münster, Deutschland, Diplomarbeit,
2008
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http://www.diplomica.de, Hamburg 2010
Verzeichnisse
I
Inhaltsverzeichnis
Abbildungsverzeichnis... IV
Tabellenverzeichnis... V
Kartenverzeichnis ... VI
Abkürzungsverzeichnis... VII
1. Einleitung ... 1
1.1 Problemstellung und Forschungsstand ... 2
1.2 Zielsetzung und Aufbau der Arbeit ... 3
2. Grundlagen der Nutzung von Photovoltaik ... 6
2.1 Funktionsweise der Photovoltaiktechnik... 6
2.1.1
Aufbau eines Moduls ... 6
2.1.2
Standortabhängigkeit... 7
2.1.3
Energieausbeute und Wirkungsgrad ... 8
2.1.4
Lebensdauer und energetische Amortisationszeit ... 9
2.2 Planerische und ökologische Betrachtung ... 10
2.2.1
Strukturen der Energieversorgung ... 10
2.2.2
Emissionen und Klimaschutz... 11
2.2.3
Effekte auf Landschaft und Umwelt... 12
2.3 Volkswirtschaftliche Betrachtung... 13
2.3.1
Kosten der Stromerzeugung... 13
2.3.2
Förderung von PV in Deutschland... 16
2.3.3
Staatliche Förderung der PV-Technik im Vergleich mit fossilen und nuklearen
Energien... 18
2.3.4
Chancen für den Standort Deutschland ... 20
2.3.5
Externe Kosten ... 21
2.4 Betriebswirtschaftliche Betrachtung ... 22
2.4.1
Anlagenkosten ... 22
2.4.2
Wirtschaftlichkeit von PV-Anlagen unter Berücksichtigung des EEG ... 24
2.5 Entwicklung der Solarbranche... 25
2.5.1
Kostenentwicklung... 25
2.5.2
Break-Even-Point... 27
2.5.3
Wachstum der Branche ... 29
3. Herausforderungen der Raumplanung vor dem Hintergrund des
Klimawandels... 31
3.1 Welche Anforderungen kommen auf die Raumplanung zu? ... 31
3.2 Stadtplanung und Nachhaltigkeit... 33
3.3 Solarenergetische Planung ... 35
Verzeichnisse
II
3.4 Zukunftsweisende Stadtplanung ... 37
4. Das Potential der PV-Nutzung in Münster ... 40
4.1 Statusbericht der PV-Nutzung in Münster ... 41
4.2 Theoretisches Potential... 42
4.3 Das wirtschaftliche Dachflächenpotential des Stadtgebietes ... 43
4.4 Möglicher Deckungsgrad des Stromverbrauchs... 46
5. Methodische Vorüberlegung: Wie kann das Potential der
Photovoltaik genutzt und zukunftsweisende Stadtplanung
umgesetzt werden? ... 48
5.1 Solarer Bauzwang: Das Modell Marburg... 48
5.2 Das Modell des Solarkatasters... 50
5.2.1
Grundkonzept ... 51
5.2.2
Die Möglichkeiten des Solarkatasters für eine zukunftsweisende Stadtplanung . 52
5.2.2.1
Bürgerbeteiligung... 53
5.2.2.2
Solarausgleichskonto ... 54
6. Methodik zur Evaluierung des photovoltaischen Potentials ... 57
6.1 Methode der Potentialanalyse... 57
6.1.1
Auswahl der Untersuchungsgebiete... 58
6.1.1.1 Städtische Quartiere... 58
6.1.1.2 Großobjekte ... 59
6.1.2
Untersuchung der Dacheignung... 60
6.2 Methode der Experteninterviews... 63
7. Potentialanalyse anhand von Luftbildaufnahmen ... 66
7.1 Städtische Quartiere ... 66
7.1.1
Kategorie 1: Ein- und Zweifamilienhäuser... 66
7.1.2
Kategorie 2: Mehrfamilienhäuser, freistehend mit Schrägdach... 69
7.1.3
Kategorie 3: Mehrfamilienhäuser, aufgelockerte Blockrandbebauung... 72
7.1.4
Kategorie 4: Mehrfamilienhäuser, Blockrandbebauung ... 76
7.1.5
Kategorie 5: Große Mehrfamilienhäuser mit Flachdach... 79
7.2 Potentialanalyse ausgewählter Großobjekte anhand von
Luftbildaufnahmen... 82
7.2.1
Naturkundemuseum ... 82
7.2.2
Kaufhof/Karstadt ... 84
7.2.3
Halle Münsterland... 87
7.3 Vergleichende Analyse... 90
8. Auswertung der Experteninterviews... 95
8.1 Erschließbarkeit des Potentials ... 95
8.2 Dachflächenverfügbarkeit... 99
Verzeichnisse
III
9. Photovoltaik als Beitrag zukunftsweisender Stadtplanung ... 102
9.1 Welchen Beitrag kann Photovoltaik für eine zukunftsweisende
Stadtplanung leisten... 102
9.2 Die Stadt als Energieproduzent... 104
9.3 Wie könnte ein Solarkataster in Münster umgesetzt werden?... 107
9.4 Diffusionshemmnisse der Photovoltaik... 110
10.
Fazit ... 112
Literaturverzeichnis... 116
Anhang
Verzeichnisse
IV
Abbildungsverzeichnis
Abbildung 1: Aufbau einer Solarzelle... 6
Abbildung 2: Globalstrahlung in Deutschland, Mittlere Jahressumme,
Zeitraum 1981 - 2000 ... 8
Abbildung 3: Anteile an der Strombereitstellung 2006 ... 10
Abbildung 4: Durchschnittliche spezifische Stromgestehungskosten
multikristalliner Photovoltaikanlagen unter den in
Deutschland gegebenen Strahlungsverhältnissen... 14
Abbildung 5: Kostenanteile für eine Kilowattstunde Strom 2006 ... 17
Abbildung 6: Forschungs- und Entwicklungsausgaben des Bundes ... 19
Abbildung 7: Kostenniveaus der Energiebereitstellung unter
Berücksichtigung externer Kosten ... 22
Abbildung 8: Aufbau einer netzgekoppelten Photovoltaik-Anlage ... 23
Abbildung 9: Beispiel für den Break-Even-Point im Energiesystem... 28
Abbildung 10: Installierte Leistung und Energiebereitstellung aus
Photovoltaikanlagen in Deutschland 1990 - 2006... 29
Abbildung 11: Einfluss des Neigungswinkels und der Himmelsrichtung auf
die jährliche relative Sonnenbestrahlung eines PV-
Generators in Essen... 61
Verzeichnisse
V
Tabellenverzeichnis
Tabelle 1: Anzahl der Naturkatastrophen 1950 bis 2004 ... 12
Tabelle 2: Reichweiten und Preissteigerungen fossiler Rohstoffe ... 15
Tabelle 3: Vergütungssätze von Photovoltaikanlagen auf Dachflächen und
Lärmschutzwänden ... 16
Tabelle 4: Beispielrechnungen für die Wirtschaftlichkeit von
Photovoltaikanlagen ... 25
Tabelle 5: Degressions- und Vergütungssätze der Erneuerbaren
Energien ... 26
Tabelle 6: Mittlere Dachflächengrößen nach Wohngebäudekategorien .. 43
Tabelle 7: Anzahl der Gebäude nach Wohnkategorien ... 44
Tabelle 8: Gesamte Dachfläche der Wohngebäude in Münster ... 44
Tabelle 9: Durch Photovoltaik nutzbare Dachfläche der Wohngebäude.. 45
Tabelle 10: Stromproduktion und Verbrauch der Stadt Münster... 46
Tabelle 11: Auswahl und Kategorisierung der Experteninterviews ... 64
Tabelle 12: Leitfäden der Experteninterviews... 65
Tabelle 13: Kennwerte des Quartiers mit EFH ... 68
Tabelle 14: Kennwerte des Quartiers mit MFH, freistehend mit
Schrägdach ... 71
Tabelle 15: Kennwerte des Quartiers mit MFH, aufgelockerte
Blockrandbebauung... 75
Tabelle 16: Kennwerte des Quartiers mit MFH, Blockrandbebauung ... 78
Tabelle 17: Kennwerte des Quartiers mit GMFH mit Flachdach ... 81
Tabelle 18: Kennwerte Naturkundemuseum... 83
Tabelle 19: Kennwerte Kaufhof/Karstadt ... 86
Tabelle 20: Kennwerte Halle Münsterland ... 89
Tabelle 21: Kennwerte aller Untersuchungsgebiete ... 94
Verzeichnisse
VI
Kartenverzeichnis
Karte 1: Dachflächenanalyse Ein- und Zweifamilienhäuser ... 66
Karte 2: Dachflächenanalyse Mehrfamilienhäuser, freistehend mit
Schrägdach ... 69
Karte 3: Dachflächenanalyse Mehrfamilienhäuser, aufgelockerte
Blockrandbebauung... 72
Karte 4: Dachflächenanalyse Mehrfamilienhäuser, Blockrandbebauung. 76
Karte 5: Dachflächenanalyse große Mehrfamilienhäuser mit Flachdach . 79
Karte 6: Dachflächenanalyse Naturkundemuseum... 82
Karte 7: Dachflächenanalyse Kaufhof/Karstadt ... 84
Karte 8: Dachflächenanalyse Halle Münsterland ... 87
Verzeichnisse
VII
Abkürzungsverzeichnis
a Jahr
Abb.
Abbildung
AM
Air
Mass
Aufl.
Auflage
BMU
Bundesministerium für Umwelt
BMBF
Bundesministerium für Bildung und Forschung
BMWi
Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie
ca.
circa
CO
2
Kohlendioxyd
ct
Cent
DIN
Deutsche
Industrienorm
EE
Erneuerbare
Energien
EEG
Erneuerbare-Energien-Gesetz
EEWG
Erneuerbare-Energien-Wärmegesetz
EFH
Einfamilienhaus
et al.
et alii (und andere)
f. /ff.
und folgende Seite / und fortfolgende Seiten
g Gramm
GMFH
großes
Mehrfamilienhaus
GUD-
Gas-
und
Dampf-
Kraftwerk Kraftwerk
Hrsg.
Herausgeber
IKB
Deutsche
Industriebank
IPCC
Intergovernmental Panel on Climate Change
Jh.
Jahrhundert
Kap.
Kapitel
kW
Kilowatt
kWh
Kilowattstunde/n
KWK
Kraft-Wärme-Kopplung
kWp
Kilowatt
Peak
(Spitzenleistung)
m
(m²)
Meter
(Quadratmeter)
MFH
Mehrfamilienhaus
Mio.
Millionen
Mrd.
Milliarden
MW
Megawatt
MWh
Megawattstunde
o. a. O.
ohne angegebenen Ort
o.
J.
ohne
Jahresangabe
o.
V.
ohne
Verfasser
PV
Photovoltaik
RH
Reihenhaus
ROG
Raumordnungsgesetz
s.
siehe
S.
Seite
Tab.
Tabelle
vgl.
vergleiche
W
Watt
Wp
Watt
Peak
z.B.
zum
Beispiel
°C
Grad
Celsius
m
Mikrometer
Einleitung
1
1. Einleitung
,,Die Menschheit wird eine solare Zukunft haben oder sie wird keine Zukunft haben."
(F
ISCHER
2004,
S.122).
Es gibt nur wenige Aussagen über die Zukunft, die mit einer solchen Eindeutigkeit
getroffen werden können. Denn die Lebensweise, wie sie heutzutage vor allem von
den Industrienationen praktiziert wird, ist angesichts der Endlichkeit der fossilen
Energien nicht auf Dauer möglich. Eine Energiewende wird daher eine der zentralen
Aufgaben des 21. Jahrhunderts sein, um den heutigen Lebensstandard auch für
zukünftige Generationen zu sichern. Noch besteht kein akuter Mangel an fossilen
Energien, aber die Verfügbarkeit nimmt angesichts schwindender Ressourcen und
wachsendem Energiebedarfs aufstrebender Staaten wie China oder Indien ab. Der
damit verbundene Anstieg der Preise kann zu tief greifenden wirtschaftlichen und
gesellschaftlichen Problemen führen, die gerade in den ärmeren Ländern, die
ohnehin kaum am energetischen Überfluss teilhaben, stattfinden werden (L
EHMANN
2004;
F
ISCHER
2004).
Des Weiteren ist die Verbrennung fossiler Rohstoffe mit weit reichenden
ökologischen Problemen verbunden, die gerade vor dem Hintergrund des
Klimawandels zusätzlichen Handlungsbedarf implementieren. Denn dieser lässt sich
nach der letzten Studie des Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) nur
noch abschwächen, wenn rasch und entschlossen gehandelt wird, um den Ausstoß
von CO
2
massiv zu verringern (IPCC
2007).
Um dieses Ziel zu erreichen, müssen
Einsparpotentiale konsequent genutzt und die Substitution fossiler Energien durch
Erneuerbare Energien stärker vorangetrieben werden. Diese Energiewende ist
dabei nicht durch die Nutzung einer einzigen Energieform zu realisieren, sondern
kann nur durch einen Energiemix erreicht werden, der die Potentiale aller
Erneuerbaren Energien ausschöpft. Als Erneuerbare Energien werden dabei die
Geothermie, die durch die Gravitation bedingten Gezeitenkräfte und die
Sonnenenergie verstanden, da diese in menschlichen Maßstäben unerschöpflich
sind. Die Sonnenenergie ist dabei gleichzeitig Ursache für das Wachstum von
Pflanzen und das Wettergeschehen, weshalb Biomasse, Wind- und Wasserkraft
indirekte Nutzungsformen der Sonnenenergie darstellen (W
ITZEL
2004,
S.10).
Der Fokus dieser Arbeit konzentriert sich dabei auf den Bereich der direkten
Sonnenenergienutzung durch Photovoltaik. Ein Verfahren bei dem
Strahlungsenergie in elektrische Energie umgewandelt wird. Der Name setzt sich
dabei aus dem griechischen Wort ,,Photos", das Licht bedeutet und ,,Volta" dem
Nachnamen des italienischen Elektrotechnikers Alessandro Volta zusammen. Die
Einleitung
2
Technik wird heutzutage in einem breiten Leistungsbereich eingesetzt und findet
sowohl in Taschenrechnern als auch in großflächigen Freilandanlagen mit mehreren
Megawatt Leistung Verwendung. Im Folgenden sind aber besonders die
Möglichkeiten von Interesse, die sich auf den Dachflächen von Gebäuden ergeben.
1.1 Problemstellung und Forschungsstand
Den übergeordneten Problemrahmen stellen der Klimawandel und die Endlichkeit
der fossilen Energieträger dar, denn aus diesen Gründen ist es weder aus
ökologischer noch aus sozialer oder wirtschaftlicher Sicht sinnvoll, weiter auf fossile
Energieträger zu setzen. Um die Abhängigkeit von diesen Ressourcen zu
verringern, ist es essenziell, eine Substitution dort voranzutreiben, wo die
Energieverbrauchsschwerpunkte liegen und daher müssen die sich bietenden
Möglichkeiten für eine nachhaltige Energieversorgung auch in den Städten genutzt
werden. Die hohe Bevölkerungs- und Siedlungsdichte, sowie die damit verbundene
Flächenkonkurrenz, stellt dabei für viele Techniken zur Erneuerbaren
Energiebereitstellung ein Hindernis dar. Für die Photovoltaik ist dies jedoch kein
Nachteil, im Gegenteil, denn die hohe Siedlungsdichte geht einher mit einer großen
Anzahl von Dachflächen.
Die zentrale Problemstellung ist in diesem Zusammenhang, dass die vorhandenen
Dachflächen bisher kaum zur Energieerzeugung genutzt werden und das Potential
der Photovoltaik somit nicht ausgeschöpft wird. Um dieses Problem zu lösen, bedarf
es neuer Herangehensweisen, denn ,,die Probleme, die es in der Welt gibt, können
nicht mit den gleichen Denkweisen gelöst werden, die sie geschaffen haben"
(A. Einstein zit. in S
CHEER
2005,
S.30). Daher ist eine neue Sichtweise nötig, die
nicht mehr auf den zentralen Energieversorgungsstrukturen von fossilen
Großkraftwerken beruht und diese als unveränderbare Gegebenheit ansieht,
sondern eine, die dezentrale Versorgungsstrukturen fördert, Photovoltaik in den
städtischen Raum integriert, sowie die Gesellschaft in diesen Prozess einbindet und
ihr die Möglichkeit gibt, an der Energieversorgung zu mitzuwirken.
Aus dieser Problemstellung ergeben sich folgende Fragen:
Wie sollen die Bürger an der Energieversorgung durch Photovoltaik
mitwirken, wenn sie keine oder eine ungeeignete Dachfläche besitzen?
Wie kann ein stärkerer Einsatz der Photovoltaik in der Stadt umgesetzt
werden?
Welche Potentiale bietet die Photovoltaik in der Stadt?
Einleitung
3
Wie gut eignen sich einzelne Quartiere für eine photovoltaische Nutzung?
Wie muss Stadtplanung aussehen, um diesem Problem zu begegnen?
Welche Probleme stehen einer breiteren Nutzung im Wege?
Um Antworten auf diese Fragen zu erhalten, wurden neben einer Literatur- und
Internetrecherche - am Beispiel von Münster - verschiedene Potentialanalysen der
Dachflächen des Stadtgebiets durchgeführt, Konzepte entwickelt und
Expertengespräche mit relevanten Akteuren abgehalten, denn aus dem bisherigen
Forschungsstand ließen sich die Fragen nur unzureichend klären.
Bisherige Studien thematisieren zumeist Teilaspekte, die entweder die technischen
Möglichkeiten und Entwicklungen der Photovoltaik aufzeigen (vgl. u.a.: H
AHN
2007,
K
OHL
2007 u. W
ENGENMAYR
2007), die rechtlichen Möglichkeiten der
raumplanerischen Instrumente darlegen (vgl. u.a.: K
ARL
2006
u. S
CHÄFER
2007), die
allgemeinen Möglichkeiten aller Erneuerbaren Energien erläutern (vgl. u.a.: M
ORRIS
2005; S
CHEER
2005
u. W
ITZEL U
.
S
EIFRIED
2004) oder die Zukunft der Stadt
thematisieren (vgl. u.a.: P
AHL
-W
EBER
2003; L
ENGER
2007
u. W
EINLAND
2005).
Zu den Dachflächenpotentialen der Photovoltaik konnten zwei Studien ausgemacht
werden (K
ALTSCHMITT ET AL
.
2006; Q
UASCHNING
2006), diese beziehen sich
allerdings auf das Gesamtpotential aller Dachflächen Deutschlands und wurden
anhand von Mittelwerten errechnet, sodass Aussagen über allgemeine
Größenvorstellung gemacht werden können. Genauere Aussagen über die
Möglichkeiten in einzelnen Stadtquartieren lassen sich hier aber nicht ableiten.
Studien zum photovoltaischen Potential der Dachflächen der Stadt Münster oder zu
einzelnen Quartieren sind nicht zu finden.
1.2 Zielsetzung und Aufbau der Arbeit
Das Ziel dieser Arbeit ist es aufzuzeigen, wie groß das Potential der
photovoltaischen Nutzung von Dachflächen in der Stadt ist, wie dieses besser
genutzt werden kann und welchen Beitrag die Technik für eine zukunftsweisende
Stadtplanung leisten kann.
Dazu werden zunächst in Kapitel 2 die Grundlagen der Photovoltaik dargelegt, um
eine Basis für die weitere Arbeit zu schaffen. Dabei wird die Funktionsweise der
Technik kurz erklärt und ein volkswirtschaftlicher, planerischer und ökologischer
Vergleich der Energieerzeugung durch fossile bzw. nukleare Energieträger im
Gegensatz zur Photovoltaik angestellt, der die Vor- und Nachteile der Technik aus
den verschiedenen Sichtweisen zusammenfasst. Zudem wird die Wirtschaftlichkeit
Einleitung
4
der Anlagen im Kontext des Erneuerbare-Energien-Gesetzes aufgezeigt und die
Entwicklung der Photovoltaikbranche dargelegt.
Die Herausforderungen und Anforderungen, die der Klimawandel an die
Raumplanung stellt, werden in Kapitel 3 beschrieben, dabei wird die Stadtplanung
unter dem Gesichtspunkt der Nachhaltigkeit kritisch betrachtet. Es werden die
Möglichkeiten und Instrumente, die bereits für eine solarenergetische Planung
bestehen, erläutert. Als ein zentrales Element der Arbeit wird definiert, was unter
zukunftsweisender Stadtplanung verstanden werden kann und welche Bedingungen
diese erfüllen muss.
Welches Potential die Photovoltaik dabei für eine zukunftsweisende Stadtplanung
aufweist, wird in Kapitel 4 anhand des Beispiels der Stadt Münster aufgezeigt.
Hierzu wird ein Statusbericht über die Anzahl der aktuell installierten Anlagen und
die erzeugte Leistung gegeben, damit auf dieser Basis deutlich wird, dass die
Technik bisher nur eine periphere Rolle bei der Energieversorgung ausmacht. Um
die ungenutzten Möglichkeiten der Technik aufzuzeigen, wird daran anschließend
berechnet, wie viele Dachflächen im Stadtgebiet für eine Nutzung durch
Photovoltaik zur Verfügung ständen und welche Beitrag eine Nutzung dieser
Flächen für die Stromversorgung der Stadt leisten könnte.
Wie diese Flächen verstärkt genutzt werden könnten, wird in Kapitel 5 anhand
eines aktuellen Beispiels, das zurzeit in Marburg geplant wird und sich mit solarem
Bauzwang beschäftigt, sowie einem Modell zur freiwilligen Teilnahme beschrieben.
Dieses Kapitel dient gleichzeitig der Vorüberlegung für den methodischen Teil. Denn
für die Umsetzung solcher Projekte und auch für die Stadtplanung ist es sehr
interessant, ob sich überhaupt alle Bereiche für eine solarenergetische Nutzung
eignen und welche Probleme bei einer breiteren Nutzung auftreten können bzw.
dieser im Wege stehen.
Hierzu wird in Kapitel 6 der methodische Teil erläutert, der die Möglichkeiten und
Hemmnisse der Photovoltaik durch eine Potentialanalyse anhand von Luftbildern
sowie Expertengesprächen mit für den Sachverhalt entscheidenden Akteuren
aufzeigen soll.
Die Potentialanalyse der Dachflächen wird in Kapitel 7 durchgeführt und untersucht
verschiedene Stadtquartiere, um herauszufinden, ob sich diese für die Installation
von Photovoltaikanlagen besonders oder gar nicht eignen. Des Weiteren werden
noch verschiedene Objekte mit großer Dachfläche untersucht, da zu erwarten ist,
dass diese sich für Gemeinschaftsanlagen besonders eignen.
Einleitung
5
Welche Schwierigkeiten, aber auch Möglichkeiten für eine breitere Nutzung der
Technik gesehen werden, wird in Kapitel 8 anhand der Auswertung der
Expertengespräche dargelegt.
Eine zusammenfassende Synthese, in der alle Teile der Arbeit noch einmal
reflektiert werden, findet in Kapitel 9 statt, um dann in Kapitel 10 das Fazit zu
ziehen und einen Ausblick zu geben.
Grundlagen der Nutzung von Photovoltaik
6
2. Grundlagen der Nutzung von Photovoltaik
2.1 Funktionsweise der Photovoltaiktechnik
2.1.1 Aufbau eines Moduls
Die Photovoltaiktechnik nutzt die solare Strahlungsenergie (Sonnenlicht) und
wandelt diese direkt in elektrische Energie um. Die Umwandlung findet in einer
Solarzelle statt, die heutzutage meist aus Silizium hergestellt wird. Kristalline
Siliziumzellen weisen zwei verschiedene Schichten auf, eine dickere positiv (p-)
geladene Schicht und eine dünnere negativ (n-) geladene Schicht (s. Abb. 1). Wird
Licht im Halbleitermaterial absorbiert, entsteht durch den inneren photovoltaischen
Effekt
1
eine Spannung an den Metallkontakten. Diese Spannung kann durch den
Verbraucher genutzt werden. Bei einem Anschluss an die Metallkontakte würde
elektrischer Strom (Gleichstrom) fließen (vgl. TÜV 1996, S.6).
Abbildung 1: Aufbau einer Solarzelle
(Quelle: TÜV, 1996, S. 7)
1
Für weitergehende Informationen zum Photoeffekt und photovoltaischen Effekt siehe auch
K
ALTSCHMITT
2003, S. 202ff.
Grundlagen der Nutzung von Photovoltaik
7
2.1.2 Standortabhängigkeit
Die Wahl des Standortes für eine Photovoltaikanlage beeinflusst maßgeblich,
welche Erträge mit der Anlage generiert werden können. Entscheidender Faktor bei
der Wahl des Aufstellungsortes ist die durchschnittliche Sonneneinstrahlung, die auf
die Oberfläche der Anlage trifft. Bei der Sonneneinstrahlung unterscheidet man
zwischen direkter und diffuser Strahlung. Die direkte Strahlung trifft auf geradem
Weg auf die Erdoberfläche, wohingegen die diffuse Strahlung von Staubpartikeln,
Wassertropfen oder anderen Hindernissen reflektiert wird und erst dann auf die
Erdoberfläche trifft. Die Summe aus diffuser und direkter Strahlung, die auf eine
horizontale Fläche trifft, wird Globalstrahlung genannt. Die Globalstrahlung ist am
Äquator am höchsten, da die Strahlung dort über das Jahr gesehen die längste Zeit
senkrecht zur Erdoberfläche steht. Großräumig gesehen nimmt die Lagegunst einer
PV-Anlage somit mit zunehmender Entfernung vom Äquator ab. Ähnlich wie beim
Weinanbau werden PV-Anlagen in Deutschland deshalb schräg zur Sonne
ausgerichtet, sodass die Strahlung möglichst senkrecht auf die Solarzellen trifft. Die
Strahlung pro Flächeneinheit erhöht sich somit (K
ALTSCHMITT
ET AL
.
2006, S.47 ff.).
Die Globalstrahlungswerte unterscheiden sich aber nicht nur großräumig, sondern
auch kleinräumig bzw. regional, denn Faktoren wie Bewölkung, Regen und
Luftverschmutzungen beeinflussen die Strahlungsmengen und die Intensität der
Strahlung, die auf die Erdoberfläche trifft, ebenfalls. In Deutschland schwanken die
Globalstrahlungswerte je nach Region zwischen 900 und 1200 kWh/m² und
unterliegen einem allgemeinen Süd-Nord-Gefälle (s. Abb. 2).
Grundlagen der Nutzung von Photovoltaik
8
Abbildung 2: Globalstrahlung in Deutschland, Mittlere Jahressumme, Zeitraum 1981 - 2000
(Quelle: D
EUTSCHER
W
ETTERDIENST
2005)
Auf kleinsträumlicher Ebene muss darauf geachtet werden, dass es nach
Möglichkeit zu keiner Tages- bzw. Jahreszeit zu Verschattungen durch Bäume,
Gebäude oder sonstige Hindernisse kommt (R
EEKER
2004, S.172ff.).
2.1.3 Energieausbeute und Wirkungsgrad
Die Energieausbeute, die eine Solarzelle aus der Globalstrahlung generiert, ist
deutlich geringer als die Energiemenge, die die eintreffende Strahlung liefert.
Heutige Solarzellen, die in der Serienproduktion hergestellt werden, haben einen
Wirkungsgrad, der etwa bei 15 Prozent liegt (W
ITZEL
2004, S.36). Dieser Wert
bezieht sich auf Standardbedingungen, die mit einer Bestrahlungsstärke von
1000 W/m² und einer Temperatur von 25°C angegeben sind. Bei steigenden
Grundlagen der Nutzung von Photovoltaik
9
Temperaturen oder geringerer Bestrahlungsstärke sinkt der Wirkungsgrad, die
Leistungsfähigkeit der PV-Module erfolgt daher vom Hersteller in Wp (Watt
Peak = Spitzenleistung), die unter den Standardbedingungen vom Modul erzeugt
werden kann.
Der wirkliche Ertrag, den eine 1 kWp - Anlage in Deutschland generiert, liegt daher
unter dem angegeben Wp - Wert. Auf ein Jahr bezogen kann damit gerechnet
werden, dass etwa 800 kWh elektrischer Energie durch eine 1 kWp - Anlage
bereitgestellt werden (Q
UASCHNING
2006, S.314). Diese Angabe aus der Literatur
stellt auch in der Praxis einen Wert dar, der für Münster zugrunde gelegt werden
kann. Das Bürgerkraftwerk auf der Halle Münsterland hat z.B. im Jahr 2005 etwa
849 kWh, 2006 etwa 893 kWh und 2007 etwa 780 kWh elektrischer Energie pro
kWp produziert (
ECM
2007). Ein Einpersonenhaushalt verbraucht, zum Vergleich, im
Mittel 1 790 kWh Strom pro Jahr (VDEW 2006).
Der Bedarf an elektrischer Energie könnte somit durch eine 2
kWp
-
Photovoltaikanlage gedeckt werden. Diese würde rund 20 m² Dachfläche in
Anspruch nehmen, denn pro kWp werden etwa 10 m² Installationsfläche benötigt
(TÜV 1996, S.9).
Um die angegebene Spitzenleistung näherungsweise zu erreichen, ist eine optimale
Ausrichtung bezüglich des Neigungswinkels und der Himmelsrichtung der Anlage
von entscheidender Bedeutung. In Deutschland sind ein Neigungswinkel von etwa
30° und eine Ausrichtung nach Süden optimal (TÜV 1996, S.18 f.).
2.1.4 Lebensdauer und energetische
Amortisationszeit
Die Lebensdauer heutiger PV-Module ist sehr hoch. Die Garantiezeiten für die
Module liegen bei 20 Jahren und mehr (W
ITZEL
2004, S.38). Das Solarsilizium in
den PV-Modulen selbst altert nicht. Die Teile, welche das Silizium vor der Witterung
schützen, wie Glasplatten und Laminate, müssen allerdings nach einer bestimmten
Zeit erneuert werden, die Lebensdauer wird in der Literatur auf 30 Jahre geschätzt.
Das Solarsilizium kann dann für neue Anlagen wieder verwendet werden (M
ORRIS
2005, S.105). Es muss aber berücksichtigt werden, dass die Solarzellen mit der Zeit
an Leistung verlieren. Hierfür werden ebenfalls Garantien ausgesprochen, übliche
Werte liegen bei 90 Prozent der Anfangsleistung nach 10 Jahren und 80 Prozent
nach 20 Jahren (R
EEKER
2004, S.174).
Auch die energetische Amortisationszeit hat in diesem Zusammenhang eine
erhebliche Bedeutung. Diese gibt den Zeitraum an, bis die Energie erzeugt wird, die
für den Bau, Betrieb, die Montage und Entsorgung der Anlage benötigt wurde. Je
Grundlagen der Nutzung von Photovoltaik
10
nach verwendetem Material und Lagegunst der Anlage beträgt die energetische
Amortisationszeit zwischen 2,3 und 7,1 Jahren (H
EIMANN
2004, S.172). Darin liegt
der entscheidende Vorteil der Photovoltaik und anderer regenerativen Energien. Sie
produzieren während ihrer Lebensdauer ein Vielfaches der Energie, die zur
Erstellung benötigt worden ist. Deshalb haben sie eine positive Energiebilanz. Auch
wenn der Wirkungsgrad von konventionellen Kraftwerken, die ihre Energie aus
fossilen Energieträgern erzeugen, weit über dem der Photovoltaik liegt, nämlich drei
bis viermal so hoch, so bleibt die Energiebilanz der fossilen Kraftwerke jedoch
immer negativ. Sie können sich energetisch nicht amortisieren, da immer wieder
neue Brennstoffe eingespeist werden müssen, um Energie zu erzeugen (W
ITZEL
2004, S.120).
2.2 Planerische und ökologische Betrachtung
2.2.1 Strukturen der Energieversorgung
Die Strukturen der Energieversorgung in Deutschland basieren zum größten Teil auf
der Nutzung endlicher Energieträger. Im Jahr 2006 lag der Anteil der erneuerbaren
Energien an der Strombereitstellung bei 12 Prozent, der Anteil der Photovoltaik lag
bei 0,3 Prozent. Die Erneuerbaren Energien spielen zurzeit mengenmäßig auf dem
Strommarkt somit nur eine untergeordnete Rolle (s. Abb. 3) (BMU 2007 d).
Kernenergie 26%
Steinkohle 21%
Braunkohle 24%
Erdgas 12%
Mineralöl 2%
Übrige Energieträger
4%
Erneuerbare
Energien 12%
Abbildung 3: Anteile an der Strombereitstellung 2006
(Quelle: BMU 2007 d)
Grundlagen der Nutzung von Photovoltaik
11
Allerdings weist der Anteil der erneuerbaren Energien am Strommarkt hohe
Zuwachsraten auf (s. Kap. 2.5) und gewinnt mit zunehmender Knappheit und dem
damit verbundenen Preisanstieg der fossilen Energieträger immer weiter an
Bedeutung. Ein großer Vorteil, der damit verbunden ist, ist die Dezentralisierung der
Energieerzeugung. Die dezentrale Energiebereitstellung hat den entscheidenden
Effizienzvorteil gegenüber der zentralisierten Lösung, dass die Energie dort
bereitgestellt werden kann, wo sie verbraucht wird, ohne weite Wege im
Leitungsnetz zurücklegen zu müssen. Ebenso können bei dezentral angelegten
Strukturen der Energieversorgung Reservekapazitäten, die notwendig sind falls ein
Großkraftwerk ausfällt, heruntergefahren werden, da die Energie in vielen kleinen
,,Kraftwerken" erzeugt wird und der Ausfall einiger weniger nicht ins Gewicht fällt.
Dezentrale Strukturen erfordern mehr Verantwortung vor Ort, bedeuten aber
gleichzeitig auch mehr Mitbestimmung. So wurde der Ausbau von Solar-, Wind- und
Biomasseanlagen in den letzten Jahren vorrangig von privater Seite vorangetrieben.
Der Anteil des privat produzierten Stroms liegt in diesen Sparten bei über
70 Prozent (W
ITZEL
2004, S.122).
2.2.2 Emissionen
und
Klimaschutz
Die Menge an Emissionen, die bei der Stromgewinnung durch Photovoltaikanlagen
ausgestoßen wird, ist im Gegensatz zur fossilen Stromgewinnung vergleichsweise
gering. Emissionen entstehen hauptsächlich bei der Produktion der PV-Anlage, da
diese relativ energieintensiv ist. Der Betrieb verläuft dann über die gesamte
Lebensdauer nahezu emissionsfrei. (H
EIMANN
2004, S.102).
Im Jahr 2006 wurden durch die Nutzung von Photovoltaik anstelle der
herkömmlichen Energieträger 1,367 Millionen Tonnen CO
2
eingespart, dabei muss
berücksichtigt werden, dass die Photovoltaik nur 0,3
Prozent vom
Gesamtstrombedarf generiert. Die Einsparmöglichkeiten sind bei einem weiteren
Ausbau somit beträchtlich. Pro Kilowattstunde beträgt die Einsparung an CO
2
Emissionen 683 g, dies ist etwas geringer als bei der Windenergie (862 g/kWh)
(BMU 2007b, S.19), jedoch ist durch neue Verfahren, wie z.B. das der
Dünnschichtmodule, in Zukunft mit noch größeren Einsparungen gegenüber den
konventionellen Energien zu rechnen.
Um die Klimaziele, zu welchen sich die Bundesregierung im Kyoto-Protokoll
verpflichtet hat, einzuhalten, muss der Ausstoß der Treibhausgase bis 2012 um
21 Prozent gegenüber dem Referenzjahr 1990 gesenkt werden (Q
UASCHNING
2006,
S.47). Wenn diese Ziele eingehalten werden sollen, müssen die fossilen
Grundlagen der Nutzung von Photovoltaik
12
Energieträger schrittweise durch Erneuerbare Energien substituiert werden und die
Effizienz bei der Stromnutzung gesteigert werden.
Die Auswirkungen des massiven Ausstoßes an CO
2
und anderer schädlicher
Treibhausgase aufgrund der Verbrennung fossiler Rohstoffe sind schwerwiegend
und werden für den globalen Klimawandel verantwortlich gemacht. Die Folgen, die
dieser mit sich bringt, sind vielfältig, hoch komplex und beeinflussen sich
gegenseitig. Zu den Folgen gehören der Anstieg der Durchschnittstemperatur um
1,1 bis 6,4 °Celsius (Anstieg 20. Jahrhundert: 0,6 Grad), sowie des Meeresspiegels
um 0,18 m bis 0,59 m im Laufe des 21. Jahrhunderts. In ariden und semiariden
Gebieten wird die Verfügbarkeit von Wasser weiter abnehmen, mit direkten Folgen
für die Nahrungsmittelproduktion und Landwirtschaft. Die Veränderung des Klimas
kann für Ökosysteme und deren biologische Vielfalt irreversible Schäden zur Folge
haben. Mit extremen Wetterereignissen und Naturkatastrophen muss häufiger
gerechnet werden (s. Tab. 1) und es kann zu großen Einzelereignissen kommen wie
etwa der Änderung der nordatlantischen Strömung, oder der Freisetzung von
Methanhydraten. Bei anhaltender Erwärmung kann es zudem langfristig zur
Abschmelzung des Grönländischen Eisschildes kommen, was einen Anstieg des
Meeresspiegels um 7 m zur Folge hätte (IPCC
2007; K
REWITT U
.
S
CHLOMANN
2006,
S.10)
Tabelle 1: Anzahl der Naturkatastrophen 1950 bis 2004
(Quelle: Q
UASCHNING
2006, S.329)
Zeitraum
1950-59
1960-69
1970-79
1980-89
1990-99 1995-2004
Anzahl
großer
Naturkatastrophen
20 27 47 63 91 63
Volkswirtsch. Schäden in Mrd. US $
44,9
80,5
47,6
228
703,6
566,8
Versicherte Schäden in Mrd. US $
-
6,5
13,7
28,8
132,2
101,7
2.2.3 Effekte auf Landschaft und Umwelt
Die Energiegewinnung durch Photovoltaikanlagen hat neben den bereits
angesprochenen Emissionen bei der Herstellung kaum negative Effekte auf die
Landschaft oder die Umwelt (S
TAIß
1996, S.96ff.). Voraussetzung dafür ist
allerdings, dass die Anlagen in Flächen integriert werden, die bereits versiegelt sind
bzw. ohnehin versiegelt werden müssen, wie z.B. Dächer und Fassaden von
Gebäuden oder Lärmschutzwände. Anders sieht dies bei Freiflächenanlagen aus,
da diese eine eigene Fläche benötigen und somit eine anderweitige Nutzung der
Fläche verhindern bzw. einschränken und dem Flächenverbrauch Vorschub leisten.
Weitaus größere Effekte gehen jedoch von der konventionellen Energieversorgung
aus, diese hat neben den bereits geschilderten negativen Effekten infolge der
Grundlagen der Nutzung von Photovoltaik
13
Emissionen noch andere Einflüsse auf die Umwelt, die durch den Transport der
Brennstoffe, den Abbau und den hohen Materialeinsatz verursacht werden. So
werden Umsiedlungen und Straßenverlegungen, aufgrund neu zu erschließender
Tagebaue bei der Braunkohle nötig, die mit großem Flächenverbrauch, sowie der
Zerstörung natürlicher Landschaften verbunden sind. Der Steinkohleabbau hat
aufgrund von Abpumpungen Folgen für den Grundwasserspiegel, des Weiteren
entstehen durch Absenkungen Bergschäden an Gebäuden und von der Atomkraft
gehen durch den enormen Kühlwasserbedarf und den dadurch verursachten
Erwärmungen in den Gewässern, sowie der Endlagerung der Abfallstoffe negative
Folgen aus, zusätzlich birgt diese das Risiko schwerer Störfälle.
Negative Umwelteffekte gehen aber auch von den Erneuerbaren Energien, wie etwa
der Windkraft oder der Bioenergiebranche aus, wobei die Auswirkungen der
Windkraft auf die Umwelt bislang am intensivsten untersucht und diskutiert wurden.
Vor allem die Beeinträchtigung des Landschaftsbildes kann kontrovers gesehen
werden, aber auch Effekte wie Lärm, Schattenwurf, Lichtreflexe, Kollisionsraten von
Vögeln gehen von Windkraftanlagen aus. Bei der Bioenergie ergibt sich ein
Konfliktpotential hinsichtlich der Nutzung von landwirtschaftlichen Flächen, denn der
Anbau von Energiepflanzen hat zugenommen und findet zunehmend auch auf
Stilllegungsflächen statt, wodurch es zu negativen Auswirkungen auf Boden,
Wasser und Lebensräume von wild lebenden Tiere und Pflanzen kommt. (BMU
2007 a, S.19)
Da die Gebäude integrierte Photovoltaik keine Effekte hinsichtlich Lärm, Geruch,
Abgasen und Flächenverbrauch hat und keine Gefahren birgt (vgl. W
INTER
, 1997),
lässt sie sich auch optimal dort einzusetzen, wo andere Energiebereitstellungsarten
einen Konflikt darstellen würden, nämlich in dicht besiedelten Gebieten. Damit ist sie
nicht darauf angewiesen, Bereiche in naturnaher Landschaft anthropogen zu
überprägen und kann somit einen Beitrag zur Erhaltung der Umwelt leisten.
2.3 Volkswirtschaftliche Betrachtung
2.3.1 Kosten der Stromerzeugung
Die Kosten der Stromerzeugung durch Photovoltaik liegen deutlich höher als die von
konventionellen fossilen oder nuklearen Großkraftwerken. Um die Kosten
vergleichen zu können, muss eine gemeinsame Kostenbasis definiert werden, dies
sind die Stromgestehungskosten
2
. Die Stromgestehungskosten bei
2
Die Stromgestehungskosten werden mit Hilfe der Annuitätenmethode aus den Gesamtinvestitionen
und den jährlichen Betriebskosten errechnet und beinhalten einen festgelegten Zinssatz, wobei sich
die Abschreibungsdauer auf die Lebensdauer der Anlage bezieht. Stromgestehungskosten werden in
Euro pro Kilowattstunde angegeben (K
ALTSCHMITT
2003, S. 252).
Grundlagen der Nutzung von Photovoltaik
14
Photovoltaikanlagen liegen zwischen 0,52 /kWh (5 kWp-Anlage) und 0,34 /kWh
(1 000 kWp-Anlage) (K
ALTSCHMITT
2006), bei extrem großen Anlagen können sie
ggf. noch niedriger liegen (s. Abb. 4).
Abbildung 4: Durchschnittliche spezifische Stromgestehungskosten multikristalliner
Photovoltaikanlagen unter den in Deutschland gegebenen Strahlungsverhältnissen
(Quelle: K
ALTSCHMITT ET AL
.
2006)
Konventionelle Kraftwerke weisen hingegen Stromgestehungskosten von 0,02 bis
0,05
/kWh auf (K
ALTSCHMITT
2003, S.534; BMU 2007
d, S.11). Zu den
Stromgestehungskosten kommen noch weitere Kosten für Vertrieb, Transport und
Steuern hinzu, sodass der Endverbraucher für eine Kilowattstunde 19,4 Cent (2006)
zahlen muss. Allein ein Drittel entfallen dabei auf Leitungs- und Netzkosten, welche
durch eine dezentrale Lösung gesenkt werden könnten. Betrachtet man aber nicht
nur die reinen Stromgestehungskosten, sondern geht tiefer ins Detail, relativieren
sich die Kosten für den Strom aus Photovoltaikanlagen. Der größte und am
schwierigsten zu bestimmende Kostenfaktor der konventionellen Energien sind die
externen Kosten, die diese durch Umweltverschmutzung und Umweltzerstörung
verursachen (s.
Kap.
2.3.5). Als Lösungsversuch wurden 2005 in der EU
Emissionsberichtigungszertifikate für 1,5 Milliarden Euro ausgegeben. Da diese
aber kostenlos zugeteilt wurden, ist das Instrument nur bedingt geeignet, die
wirklichen externen Kosten zu minimieren, außerdem bezieht es sich nur auf CO
2
Emissionen, andere Umweltkosten wurden darin nicht berücksichtigt. Ein weiterer
Punkt ist, dass bei der Photovoltaik der Einsatz von fossilem Material durch Know-
how und Arbeitskraft substituiert wird und damit der Volkswirtschaft zugute kommt
Grundlagen der Nutzung von Photovoltaik
15
(s. Kap. 2.3.4). Relativierend wirkt auch, dass der Strom aus PV-Anlagen zu
Spitzenlastzeiten produziert wird und in diesen Zeiten teurer auf den Strombörsen
gehandelt wird. (BMU 2007 d, S.20 f.).
Einer der wichtigsten Faktoren ist allerdings die Kostenentwicklung, denn während
die Photovoltaik und die anderen Erneuerbaren Energien zunehmend
konkurrenzfähig werden und immer preiswerter Strom produzieren können, ist der
Trend bei den fossilen und nuklearen Energieträgern gegenläufig. Dies liegt zum
einen an der stetig hohen Nachfrage der etablierten Industrienationen und wird
zusätzlich verstärkt durch die rasante Entwicklung und den Energiehunger von
Staaten wie China oder Indien (IKB 2007, S.3). Zum anderen sind fossile und
atomare Energieträger nur begrenzt vorhanden (s. Tab. 2) und die Reichweiten der
bisher bekannter Reserven werden bei zunehmender Nachfrage weiter sinken.
Tabelle 2: Reichweiten und Preissteigerungen fossiler Rohstoffe
(Quelle: BMWI 2006)
Reichweite der Reserven
3
Preissteigerung von 2000 bis 2005
Braunkohle 227
Jahre
kein
Angabe
4
Steinkohle 169
Jahre
55%
Uran 68
Jahre
400%
Erdgas 63
Jahre
50%
Öl 42
Jahre
88%
Die Verknappung dieser Energieträger wird zwangsläufig zu steigenden Preisen
führen wie dies in Tabelle 2 für den Zeitraum von 2000 - 2005 bereits zu erkennen
ist. Die zunehmende Konkurrenz um die bestehenden Ressourcen birgt weitere
Risiken, wie etwa Kriege oder Wirtschaftskrisen. Hinzu kommt, dass die räumliche
Lage der Reserven auf wenige Regionen konzentriert ist, was in Zukunft zu einer Art
Monopolstellung bestimmter Energieträger führen kann und ebenfalls preistreibend
wirkt. Der Zeitraum, in dem Alternativen bereit gestellt werden müssen, wird somit
kürzer und die heute noch weit auseinander liegenden Stromgestehungskosten
werden sich angleichen. Wie lange dies dauert, kann nur gemutmaßt werden,
Kapitel 2.5 wird sich ausgiebiger mit dieser Frage beschäftigen. Auch wenn die
Photovoltaik heute noch nicht so günstig Strom liefert wie die konventionellen
Kraftwerke, so ist die Verlässlichkeit der Preise und die Unabhängigkeit von
Importen schon heute ihre Stärke. (R
EEKER
2004,
S.28 f.). Denn Silizium, das zur
Herstellung von Photovoltaikmodulen benötigt wird, ist das zweithäufigste Element
3
Reserven umfassen die sicher nachgewiesenen und mit bekannter Technologie wirtschaftlich
gewinnbaren Vorkommen in der Erdkruste (BMWI 2006).
4
Keine Angabe möglich, da Braunkohle international nicht gehandelt wird (lagerstättennahe
Verstromung) (BMWI 2006).
Grundlagen der Nutzung von Photovoltaik
16
der Erdkruste, weshalb es nahezu unbegrenzt und überall verfügbar ist (W
ITZEL U
.
S
EIFRIED
2004,
S.38).
2.3.2 Förderung von PV in Deutschland
Das Ziel der Förderung besteht darin, den Anteil der erneuerbaren Energien an der
Primärenergieversorgung von 2,1 Prozent im Jahr 2000 auf 4,2 Prozent bis 2010 zu
verdoppeln, um somit einen Beitrag zum Klimaschutz zu leisten und den Ausstoß
von CO
2
zu verringern (W
IESE
2004).
Das EEG ist momentan das Instrument, von dem die größten Wachstumsimpulse
ausgehen. Dieses sieht vor, dass ein rationeller und wirtschaftlicher Betrieb der
Regenerativanlagen möglich ist und verlässliche Rahmenbedingungen für
Investoren geschaffen werden. Um dies zu gewährleisten, sind für den produzierten
Strom aus PV-Anlagen Einspeisevergütungen festgelegt. Entscheidend für die Höhe
der Vergütung ist das Installationsjahr. Der Vergütungssatz, der bei der Installation
der Anlage gilt, wird in konstanter Höhe für einen Zeitraum von 20 Jahren gezahlt.
Anlagen die im Folgejahr installiert werden, erhalten eine um 5 Prozent niedrigere
Vergütung pro Kilowattstunde, die aber ebenfalls in gleich bleibender Höhe für 20
Jahre gezahlt wird (s. Tab. 3). Diese degressiv angelegte Vergütung ist notwendig,
da die Produktivität neuer Anlagen stetig zunimmt und die Kosten der
Anlagenkomponenten rückläufig sind, weshalb Vergütungssätze ohne jährliche
Degression dazu führen würden, dass die Förderung pro Kilowattstunde zu hoch
wäre. Zudem soll Stagnation bei der Entwicklung und Herstellung vermieden
werden (BMU 2004 b; D
EUTSCHER
B
UNDESTAG
2005, S.2).
Tabelle 3: Vergütungssätze von Photovoltaikanlagen auf Dachflächen und Lärmschutzwänden
(Quelle: BMU 2004 b, S.16)
Jahr der Inbetriebnahme
bis einschl. 30 kWp
in Cent pro kWh
Ab 30 kWp
in Cent pro kWh
ab 100 kWp
in Cent pro kWh
2004 57,40 54,60 54,00
2005 54,53 51,87 51,30
2006 51,80 49,28 48,74
2007 49,21 46,82 46,30
2008 46,75 44,48 43,99
2009 44,41 42,26 41,79
2010 42,19 40,15 39,70
2011 40,08 38,14 37,72
2012 38,08 36,23 35,83
2013 36,18 34,42 34,04
Die Vergütung für Anlagen, die an oder auf Gebäuden, oder an Lärmschutzwänden
angebracht sind, ist mit 49,21 Cent/kWh (2007) höher als die von
Grundlagen der Nutzung von Photovoltaik
17
Freiflächenanlagen, bei denen 37,96 Cent pro Kilowattstunde gezahlt wird
5
(BMU
2004 b). Diese Regelung zielt darauf ab, dass ökologisch sensible Flächen
geschont werden und die PV-Technik wenn möglich in die bebaute Fläche integriert
wird. Weiterhin ist der Netzbetreiber durch das EEG verpflichtet, den Strom
abzunehmen und diesen auch zu den festgelegten Preisen zu vergüten. Die
entstehenden Kosten werden auf alle Netzbetreiber im Bundesgebiet umgelegt und
dann auf die Stromkosten aufgeschlagen, diese erhöhen sich somit für alle
Haushalte gleichermaßen (BMU 2004 a).
Der Ausbau der Erneuerbaren Energien hat dabei nur einen geringen Effekt auf die
absoluten Strompreise. Bei 12 Prozent Anteil der Erneuerbaren Energien an der
Stromversorgung 2006 hat die Förderung eine Kilowattstunde Strom für den
Endverbraucher um 0,7 Cent verteuert (s. Abb. 5).
Stromerzeugung,
-transport und
-vertrieb 11,8 ct
Umsatzsteuer 2,7 ct
EEG 0,7 ct
KWKG 0,3 ct
Stromsteuer
(Ökosteuer) 2,0 ct
Konzessionsabgabe
1,8 ct
Abbildung 5: Kostenanteile für eine Kilowattstunde Strom 2006 (19,3 Cent)
(Quelle: BMU 2007 d, S.27)
Dabei ist jedoch die Kostenersparnis der sonst benötigten konventionellen Energie
noch nicht berücksichtigt. Für einen Referenzhaushalt mit drei Personen und einem
Jahresstromverbrauch von 3 500 kWh entspricht dies einem Betrag von rund
2,20 Euro pro Monat, was knapp 4 Prozent der gesamten Stromkosten entspricht.
Für den Strompreisanstieg zwischen 2000 und 2006 ist das EEG nur zu knapp
10 Prozent verantwortlich, denn rund 70 Prozent dieses Anstiegs sind durch
Produktion, Transport und Vertrieb von konventionell erzeugtem Strom entstanden
(BMU 2007 a, S.20). Mit einem größeren Anstieg der Umlage finanzierten Kosten
5
Vergütungssätze von 2007 bei einer installierten Leistung von unter 30kWp
Grundlagen der Nutzung von Photovoltaik
18
für EE Strom ist auch in Zukunft nicht zu rechnen, denn auch wenn der Anteil der
Erneuerbaren Energien am produzierten Strom stetig steigt, wirkt die degressiv
angelegte Vergütungsstruktur diesem entgegen. Die Preisanstiege können somit
nicht auf die Förderung der Erneuerbaren Energien zurückgeführt werden (BMU
2007 a, S.20; R
EEKER
2004, S.64).
Ein anderes Element zur Förderung von Photovoltaik sind Investitionskredite, die
von der KfW-Bankengruppe gewährt werden. Diese verfolgen einen anderen Ansatz
als das EEG, bei dieser Förderung werden zinsverbilligte Darlehen ausgegeben, um
Investitionen auch mit geringem Eigenkapital zu ermöglichen und attraktiver zu
gestalten. Die Wirkungen, die von dieser Förderung ausgehen, sind jedoch weit
geringer als die des EEG. Es gibt noch weit mehr Fördermaßnahmen, diese können
sich jedoch je nach Bundesland, Kommune oder Energieversorger unterscheiden
und werden aus diesem Grund und ihrer geringeren anteilsmäßigen Bedeutung hier
nicht weiter dargelegt
6
(B
ÜHRKE
2007, S.100; H
ERHOLZ
2005,
S.48).
2.3.3 Staatliche Förderung der PV-Technik im
Vergleich mit fossilen und nuklearen
Energien
Die staatliche Förderung bezieht sich einerseits auf Forschungs- und
Entwicklungsausgaben, andererseits auf Subventionen, die für die
Energiebereitstellung entrichtet werden. Der Staat beeinflusst durch die Gewährung
dieser Gelder maßgeblich das Marktgeschehen und die Wirtschaftlichkeit der
jeweiligen Energiesparte.
Die Ausgaben für Forschung und Entwicklung werden in die vier
Förderschwerpunkte Kohle und andere fossile Energieträger (1), Kerntechnik (2),
Kernfusion (3) und Erneuerbare Energieträger und rationelle Energieverwendung (4)
unterteilt. Hierbei ist auffällig, dass für die nukleare Energieforschung mit
306 Mio. Euro im Jahr 2002 die größte Fördersumme bereitgestellt wurde, obwohl
diese schon seit langem eine umstrittene Energiegewinnungsform ist und der
langfristige Ausstieg seit 2002 beschlossen ist. Erneuerbare Energieträger und
rationelle Energieverwendung wurden im Jahr 2002 mit einer Fördersumme von
161 Mio. Euro somit weit geringer gefördert als die nukleare Energieforschung.
Auch die Fusionsforschung wird nur etwas geringer gefördert als die Erneuerbaren
Energien und die rationelle Energieversorgung, obwohl Experten davon ausgehen,
dass diese nicht vor dem Jahr 2050 einsetzbar sein wird und bei der noch offen ist,
6
Weitergehende Informationen zu Förderprogrammen in: B
ÜHRKE
S.100ff.
Grundlagen der Nutzung von Photovoltaik
19
ob ein Fusionsreaktor jemals wirtschaftlich Energie erzeugen kann (s. Abb. 6)
(BMBF 2002; W
ITZEL
2004, S.124).
306
161
113
10
319
309
318
330
192
152
153
139
116
135
122
132
13
17
20
22
0
50
100
150
200
250
300
350
1998
1999
2000
2001
2002
Jahr
in Mio.
Nukleare
Energieforschung
Erneuerbare
Energien und
rationelle
Energieverwendung
Fusionsforschung
Fossile Energien
Abbildung 6: Forschungs- und Entwicklungsausgaben des Bundes
(Quelle: BMBF 2002, S.250)
Bei der Fördersumme für Erneuerbare Energieträger und rationelle Energienutzung
muss zusätzlich noch berücksichtigt werden, dass diese Gelder auf die Bereiche
Photovoltaik, thermische Solaranlagen, Biomasse, Geothermie, Windkraft und
Wasserkraft aufgeteilt werden müssen und dass die Forschung für rationelle
Energienutzung auch der nuklearen und fossilen Energiebereitstellung nutzt. Die
Ausgaben für Forschung und Entwicklung, die zwischen 1956 und 1998 vom
Bundesforschungsministerium bereitgestellt wurden, betrugen 23 Mrd. Euro. Davon
entfielen fast 15,3 Mrd. Euro auf die Erforschung der Kernenergienutzung. Diese
hatte damit in etwa fünfmal soviel Geld zur Verfügung wie der Bereich Erneuerbare
Energieträger und rationelle Energienutzung (W
ITZEL
2004, S.124).
Der Forschungsausgaben für den Bereich Kohle und andere fossile Energieträger
sind heutzutage mit 17 Mio. Euro vergleichsweise gering, dennoch fließen in diesen
Bereich große Mengen staatlicher Unterstützung und zwar in Form von
Subventionen. So wurden zwischen 1980 und 2003 ca. 146
Mrd.
Euro
Subventionen an den Steinkohleabbau in Deutschland gezahlt. Auch für die
Atomenergie werden hohe Subventionen gezahlt, so betrug der öffentlich getragene
Anteil an den gescheiterten Projekten Kalkar, Hamm-Uentrop, Wackersdorf,
Hoberg, Nukem, Mox und Mühlheim-Kärlich allein 9
Mrd.
Euro. Weitere
Subventionen kommen für Bau, Stilllegung, Rückbau, Abriss, Endlagerung und
Castortransporte hinzu (U
MWELTBUNDESAMT
2003; BEE o.J.). Der Politiker und
Grundlagen der Nutzung von Photovoltaik
20
Autor Hermann Scheer bezeichnet die atomare und fossile Energie sogar als den
größten Subventionsfall der Weltwirtschaftsgeschichte (S
CHEER
2005, S.135).
2.3.4 Chancen für den Standort Deutschland
Die Photovoltaik und die Erneuerbaren Energien allgemein bieten für den Standort
Deutschland große Chancen in den Bereichen Arbeitsmarkt,
Energieunabhängigkeit, Stärkung des regionalen Wirtschaftsgefüges und der
Vermeidung ökologischer Folgekosten.
In der Solarbranche ist die Anzahl der Arbeitsplätze von 2004 bis 2006 um
62,4 Prozent gestiegen. In absoluten Zahlen macht sich dieses Wachstum auf dem
Arbeitsmarkt relativ gering bemerkbar und führt zu einem Anstieg von ca. 25 100
Beschäftigten im Jahr 2004 auf ca. 40 200 Beschäftigte im Jahr 2006. Bei
anhaltenden Wachstumsraten und zusammen mit den anderen Erneuerbaren
Energien wird die Solarbranche in Zukunft einen wichtigen Pfeiler des
Arbeitsmarktes bilden können (K
RATZAT ET AL
.
2007, S.15). Aufgrund der hohen
Entwicklungsdynamik im Bereich der Photovoltaik, aber auch der anderen
Erneuerbaren Energien, lassen sich zukünftige Beschäftigungszahlen nur schwer
abschätzen. Das BMU geht in einem verhalten optimistischen Szenario von ca.
415 000 Beschäftigten im Jahr 2030 aus. Im Basisjahr 2004 gab es 157 000
Beschäftigte im gesamten Bereich der Erneuerbaren Energien. Diese Arbeitsplätze
sind vor allem im Mittelstand entstanden, wodurch das regionale Wirtschaftsgefüge
gestärkt wird und Beschäftigungsperspektiven auch in strukturschwachen Regionen
entstehen (BMU 2006, S.9).
Diese Substitution von fossilen und nuklearen Brennstoffen durch Technologie hat
nicht nur positive Effekte auf den Arbeitsmarkt. Eine weitere große Chance für den
Standort Deutschland liegt in der heimischen Verfügbarkeit und damit in der
zunehmenden Unabhängigkeit von Energieimporten. Diese wird gerade in Zukunft,
vor dem Hintergrund knapper werdender Ressourcen und den damit verbundenen
steigenden Preisen immer wichtiger und ist der entscheidende Vorteil der
Erneuerbaren Energien (A
LTVATER
2004, S.48). Das Grundmaterial für die
Herstellung von PV-Modulen ist Silizium, welches in Deutschland praktisch
unbegrenzt verfügbar ist. Somit besteht im Bereich der solaren Energiegewinnung in
Deutschland keine Importabhängigkeit. Deutschland gehört mit Japan und den USA
zu den Marktführern im Bereich der Photovoltaik und ist auch bei den anderen
Erneuerbaren Energien gut aufgestellt. Diese Ausgangsposition ist für die zukünftige
Entwicklung viel versprechend, da es für möglich gehalten wird, dass die
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Details
- Arbeit zitieren
- , 2008, Das Potenzial der photovoltaischen Nutzung von Dachflächen als Beitrag zukunftsweisender Stadtplanung aufgezeigt am Beispiel der Stadt Münster, Hamburg, Bedey Media GmbH, https://www.diplom.de/document/227560
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